2020 Fiscal Year Research-status Report
Clarification of the contribution of long-range transboundary transport to PM2.5 concentrations using receptor model and organic marker measurement
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18K11674
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| Research Institution | Asia Center for Air Pollution Research |
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Principal Investigator |
佐藤 啓市 一般財団法人日本環境衛生センターアジア大気汚染研究センター, 大気圏研究部, 総括研究員 (00391110)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 司 一般財団法人日本環境衛生センターアジア大気汚染研究センター, 大気圏研究部, 客員研究員 (60782688)
霍 銘群 一般財団法人日本環境衛生センターアジア大気汚染研究センター, 大気圏研究部, 主任研究員 (10633711)
箕浦 宏明 一般財団法人日本環境衛生センターアジア大気汚染研究センター, 大気圏研究部, 部長 (60394483)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | PM2.5 / 有機エアロゾル / レセプターモデル / 越境大気汚染 / バイオマス燃焼 / 二次生成粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新潟巻国設酸性雨測定局においてPM2.5の24時間サンプリングを、2018～2021年の春季、夏季、秋季、 冬季にそれぞれ約3週間行った。新型コロナウィルスによる経済活動停滞の影響を調査するため、当初の計画より1年分追加してサンプリングを行った。捕集したPM2.5試料は、イオン、微量金属元素、炭素成分及び有機指標物質の測定を行った。
PM2.5の日平均濃度の範囲は0.7～40.3 μgm-3であり、2018、2020年夏季の各1日間は日平均値の大気環境基準を上回っていた。2020年のPM2.5季節平均を過年の平均値と比較したが、有意な増減は見られなかった。
有機指標物質の測定結果から、バイオマス燃焼起源とされる指標物質の大気中濃度は、秋季及び冬季に高かった。秋季は近傍の野焼きによる活動の影響が、冬季は中国東北部でのバイオマス燃焼由来の影響が大きいと考察された。植物活動起源の指標物質は、成長が盛んになる夏季に高濃度を示していた。光化学反応の指標物質は、日中時間が長く光化学反応が促進される夏季と春季にマロン酸等のジカルボン酸類が高濃度を示した。調理起源の指標物質は、通年検出されたが、特に夏季で濃度が高く示された。春季、夏季に高濃度が観測された指標物質については、後方流跡線より国内寄与が大きいと考察された。
観測したPM2.5成分データとPM2.5排出源プロファイルを用いて化学マスバランス解析によるPM2.5の発生源寄与を計算した。2018年では、バイオマス燃焼（32.8%）、硫酸アンモニウム粒子（42.3%）、海塩粒子（6.2%）が新潟巻のPM2.5主要起源であった。測定局の周辺は交通量が少ないために自動車排ガス粒子の寄与は5%未満と少なかった。季節変動に着目すると、春、夏季には硫酸アンモニウム粒子の寄与が支配的で、秋、冬季にはバイオマス燃焼の寄与が支配的であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新潟でのPM2.5試料のサンプリングは支障無く実施し、3年間で250検体の日毎捕集試料を得ることが出来た。新型コロナウィルスによる経済活動停滞の影響を調査するため、当初の計画より1年分追加してサンプリングを行った。この試料数はレセプターモデル解析に必要なデータ数（160）を十分満たしている。PM2.5成分分析については、イオン成分、微量金属元素、元素状炭素(EC)、有機炭素(OC)の分析は3年分を実施し、取りまとめたデータから季節変動の特徴を明らかにした。また、本研究で得られた観測データを用いて、同地点で観測された自動測定機によるPM2.5成分1時間測定値との比較を行った。両者の測定値は概ね一致しており、PM2.5濃度データの信頼性を裏付けることが出来た。
有機指標物質については、初年度に試料前処理、分離カラムの選択、カラム昇温速度、インターフェース温度等の分析条件の最適化を行い、確立した条件で日毎捕集試料の分析を2年分行った。季節別の濃度平均値のデータから、季節変動と変動要因の関係について明らかにすることが出来た。これらの結果と化学マスバランス法により発生源寄与解析については、第61回大気環境学会年会で発表した。
なお、有機指標物質の一部のデータについては、試料前処理時に共存物質の影響や、誘導体化反応が進まなかったことにより異常値の可能性が考えられ、未測定試料と併せて再分析する必要があると考えられる。
このように、PM2.5試料捕集、成分分析、時間変動解析は、研究計画に記載した事項に従って、概ね滞りなく実施しており、今後レセプターモデルを用いたPM2.5発生源解析を行うために十分な質と量のデータを取得している。
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| Strategy for Future Research Activity |
有機指標物質の一部のデータについては、試料中に残っている水分により加水分解が起こり、誘導体化反応が進まなくなったため、異常値を示した可能性が考えられる、これらの試料及び未分析試料については、前処理時に十分に水分を除去する処置を講じた上で、有機指標物質の再分析を行う。
新型コロナウィルスによる経済活動停滞のPM2.5発生源寄与に与える影響を検証するために、2020年と過年のデータの比較検討を行う。取得したPM2.5成分データ及び代表的なレセプターモデルである正値行列因子分解(PMF)モデルを用いて、発生源因子の同定と各因子のPM2.5寄与濃度を算出し、化学マスバランス解析による計算結果と比較検証する。解析データ中に異常値が混じると発生源同定に困難をきたすので、レセプターモデル計算を行う前に、データスクリーニングを行う。スクリーニング方法は、PM2.5成分濃度をマスクロージャーモデルに適用することにより推定された質量濃度とPM2.5重量濃度の相関を調べ、環境省のマニュアルに記載された異常値判定を行う。PMF解析により、特に大気中に直接排出される一次粒子と大気中での化学反応により生成される二次粒子の寄与率を推計する。
更に、PMFモデルによって抽出された発生源セクターをPotential Source Contribution Function（PSCF）に適用する。測定地点である新潟を受容ポイントとした後方流跡線の頻度とPMFで計算した発生源寄与濃度の積により測定地点に影響を与える発生源因子の強度分布を求める。発生源寄与が強い地域を季節別に図示化することにより、PM2.5の各発生源がどの季節に日本国内のローカル汚染と北東アジア大陸からの長距離越境汚染のどちらに支配されているのかを結論付ける。一連の取りまとめた成果は国内学会に発表するとともに、学術誌に投稿・発表を行う。
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| Causes of Carryover |
国際学会（2020年酸性雨国際会議）が2023年に延期になったことと、2020年度にサンプリングした試料の成分分析が完了していないので、物品費、旅費、その他の区分で余剰額が生じた。
余剰額は次年度におけるPM2.5分析に使用する試薬、GC-MS消耗品の購入、国内学会参加費用、論文投稿費用に充てる予定である。
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